Fertigung: Fraunhofer IWU setzt Motoren auf Diät

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Ingenieuren des Fraunhofer IWU ist es gelungen, Verbrennungsmotoren mittels eines neuartigen adaptronischen Honwerkzeugs sparsamer zu bauen. Davon soll die Umwelt profitieren, indem der Öl- und Kraftstoffverbrauch der Motoren sinkt. Zu sehen ist das neue Werkzeug auf der Hannover Messe 2012 am Stand der Fraunhofer-Allianz Adaptronik FAA D21 in Halle 2.

Die Fertigungsqualität in der Automobilindustrie ist auf einem sehr hohen Niveau: Kolben und Zylinder werden heute nahezu ideal rund gefertigt. Was im kalten Zustand perfekt ist, ist bei Betriebstemperatur jedoch nicht mehr optimal. Im warmen Motor sowie bei der Motorfertigung deformieren sich die Zylinder und an der Einheit Kolben-Zylinder treten Leistungsverluste auf. Der Kraftstoffverbrauch steigt und mehr Öl wird zur Schmierung benötigt. Verschleißerscheinungen sind die Folge. Die Zylinderformabweichungen verursachen gut die Hälfte der Gesamtreibung im Motor und sind damit für bis zu 80 Prozent des Ölverbrauchs verantwortlich.

Zylinderbohrungen mit optimaler Geometrie

Hier setzen die Forscher des Fraunhofer IWU mit einer gesteuerten schnellen inversen Unrundbearbeitung an. Damit erhält die Zylinderbohrung eine Geometrie, die unter Betriebsbedingungen der optimalen geometrischen Zylindergestalt sehr nahe kommt. Ergebnis: Der Motor verbraucht weniger Treibstoff und Öl und der Verschleiß wird reduziert. Die Forscher erhoffen sich durch die Unrundbearbeitung eine Verbrauchssenkung beim Kraftstoff von bis zu drei Prozent.

Bei der Bearbeitung der Zylinderbohrung ist die Überlagerung von aktorischer und konventioneller Aufweitung des Werkzeuges möglich. Während der Verarbeitung von Soll- und Ist-Kontur werden Bearbeitungsmatrizen generiert und über eine Schnittstelle der Maschinensteuerung übergeben. Daraus werden Stellwerte für die Piezoaktoren abgeleitet und über Spannungsverstärker die Aktorspannungen bereitgestellt. Ein Schleifringsystem an der Gelenkstange gewährleistet die Energieübertragung für die Aktoransteuerung.

Werkzeug mit drei Schneidgruppen

Das adaptronische Werkzeug besteht aus einem Werkzeuggrundkörper und drei radial und axial versetzten schwimmend gelagerten Schneidgruppen, die sich über den Werkzeugdurchmesser aus Stützleiste, Aktorpaket und Honleiste zusammensetzen. Die aktorische Aufweitung des Werkzeuges wird durch drei in Reihen-Parallel-Anordnung betriebenen piezoelektrischen Multilayeraktoren realisiert.

Ein Verfahren mit vielen Vorzügen

Das Werkzeug bildet die Grundlage für die Entwicklung eines eigenen Formhonverfahrens für die präventive Honbearbeitung von Zylinderbohrungen. Die Vorteile der veränderten Form der Zylinderbohrung sind vielfältig: Durch die Reduzierung des Öl- und Kraftstoffverbrauchs verringert sich auch die Schadstoffkonzentration im Abgas. Die Lebensdauer der Motoren steigt und nebenbei sinken auch die Geräuschemissionen bei der Kolbensekundärbewegung. Außerdem können die Fertigungskosten reduziert werden.


Bild: Formhonwerkzeug mit Piezoaktoren. Foto: Fraunhofer IWU

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